4. Стандартизация компьютерных сетей. Понятия интерфейса, протокола и стека
По своей сущности компьютерная сети является совокупностью компьютеров и сетевого оборудования, соединенных каналами связи. Поскольку компьютеры и сетевое оборудование могут быть разных производителей, то возникает проблема их совместимости. Без принятия всеми производителя общепринятых правил построения оборудования создание компьютерной сети было бы невозможно. Поэтому разработка и создание компьютерных сетей может происходить только в рамках утвержденных стандартов.
В основу стандартизации компьютерных сетей положен принцип декомпозиции, т.е. разделения сложных задач на отдельные более простые подзадачи. Каждая подзадача имеет четко определенные функции и строго установленные связи между подзадачами. При более внимательном рассмотрении работы компьютера в сети можно выделить две основные подзадачи:
- взаимодействие программного обеспечения пользователя с физическим каналом связи (посредством сетевой карты) в пределах одного компьютера
- взаимодействие компьютера через канал связи с другим компьютером
Современное программное обеспечение компьютера имеет многоуровневую модульную структуру, т.е. программный код, написанный программистом и видимый на экране монитора (модуль верхнего уровня), проходит несколько уровней обработки, прежде чем превратится в электрический сигнал (модуль нижнего уровня), передаваемый в канал связи.
При взаимодействии компьютеров через канал связи оба компьютера должны выполнять ряд соглашений. Например, они должны согласовать величину и форму электрических сигналов, длину сообщений, методы контроля достоверности и т.д. Соглашения должны быть такими, чтобы они были поняты каждым модулем на соответствующе уровне каждого компьютера.
Суть работы многоуровневого протокола можно пояснить как «письмо в конверте». Каждый уровень протокола надписывает на «конверте» свою информацию. Сетям нужно только понимать «надпись» на «конверте», чтобы предать его в место назначения, а до содержания письма им дела нет.
На Рис.2 схематически показана модель взаимодействия двух компьютеров в сети. Для упрощения показаны четыре уровня модулей для каждого компьютера. Процедура взаимодействие каждого уровня этих компьютеров может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары модулей соответствующих уровней.
Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются модули, лежащие на одном уровне, но в различных компьютерах называются протоколами.
1-й компьютер 2-й компьютер
Рис. 2 Взаимодействие двух компьютеров в сети
Модули, реализующие протоколы соседнего уровня и находящиеся в одном компьютере, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила называются интерфейсом и определяют набор сервисов, предоставляемых данным уровнем соседнему уровню.
Другими словами, в сетевых технологиях традиционно принято, что протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня, но в разных компьютерах, а интерфейсы – соседних уровней в одном компьютере. Модули, таким образом, должны обрабатывать: во- первых свой собственный протокол, а во- вторых интерфейсы с соседними уровнями.
Иерархически организованный набор протоколов для взаимодействия компьютеров в сети называется стеком коммуникационных протоколов.
Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней, как правило, реализуются комбинацией программно- аппаратных средств, а протоколы верхних уровней- чисто программными средствами.
Отметим, что протоколы каждого уровня обладают независимостью друг от друга, т.е. протокол любого уровня может быть изменен не оказывая при этом никакого влияния на протокол другого уровня. Главное, чтобы интерфейсы между уровнями обеспечивали необходимые связи между ними.
Принцип взаимодействия компьютеров в сети можно объяснить на примере сотрудничества двух фирм. Два генеральных менеджера каждой из фирм осуществляют сделки между собой на основании заключенных договоров и соглашений. Указанные взаимодействия являются «протоколом уровня генеральных менеджеров». На каждой из фирм у менеджеров есть секретари, причем каждый менеджер имеет свой метод и стиль работы с секретарем. Один, например, предпочитает устные указания, а второй дает только письменные распоряжения. Таким образом, каждая фирма имеет свой собственный интерфейс «главный менеджер — секретарь», что не мешает, однако, нормально работать генеральным менеджерам между собой. Секретари в свою очередь договорились обмениваться информацией с помощью факсов, реализуя протокол «секретарь — секретарь». В случае, если секретари перейдут на электронную почту, то генеральные менеджеры этого даже и не заметят- главное, чтобы секретари выполняли их распоряжения, т.е. должен безукоризненно работать интерфейс «менеджер — секретарь». С другой стороны, менеджеры могут заключить совершенно новый договор, т.е. изменить «протокол уровня генеральных менеджеров». Передача не старого, а нового договора на уровне секретарей пройдет для этих секретарей абсолютно не замеченной.
В рассмотренном примере мы определили два уровня протоколов – уровень генеральных менеджеров и уровень секретарей. Каждый из указанных уровней имеет свой собственный протокол, который может быть изменен независимо от протокола другого уровня. Такую независимость обеспечивает правильное функционирование интерфейсов «менеджер — секретарь».
Независимость протоколов каждого уровня друг от друга и взаимодействие самих уровней посредством интерфейсов является важнейшей предпосылкой для создания ряда стандартных протоколов для компьютерных сетей.
Стандарты компьютерных сетей — типы и документы
Сейчас для нас естественно, то что мы можем подключиться к компьютерным сетям, например к интернету, практически с любого устройства, смартфона, ноутбука, планшета, и другой техники. Независимо от производителя этого оборудования, какая операционная система (ОС) используется, и какие программы мы применяем.
Но в самом начале развития сетей (1960-1970 годы) устройство одного производителя, например IBM, работало по сети только с устройствами IBM, а устройствами других производителей нет. Основные причины это:
- Несовместимость оборудования между собой;
- Несовместимость ПО;
- Использование разных сетевых протоколов.
Для того, чтобы решить эти задачи, нужны стандарты на оборудование, на ПО и на сетевые протоколы.
Типы стандартов
Юридические стандарты (De jure) принимают организации, которые имеют право на это.
Фактические стандарты (De facto) — это стандарты, которые установились сами по себе, их никто не принимал. К примеру, появилась новая технология, которая быстро развилась и стала популярной. Как это произошло со стеком протоколов TCP/IP, который сейчас основа сети интернет.
Стандарты для сетей
Принимается огромное множество разных стандартов, но есть самые значимые:
- Международная организация по стандартизации (IOS) приняла стандарт на эталонную модель OSI, описывающая, как должны строиться компьютерные сети.
- Институт инженеров по электронике и электротехнике (IEEE) принимающие стандарты на технологи по передачи данных.
- Совет по архитектуре интернета (IAB) принимает стандарты на протоколы интернет.
- Консорциум W3C принимает стандарты в область Web.
Стандарты IEEE
Институт ieee утверждает стандарты не только в компьютерных сетях, но также в других сферах электроники, электротехники. Институт поделен на комитеты. Разработкой стандартов для комп. сетей занимается комитет под № 802.
Каждый № это семейство стандартов. Например, 802.3 описывает разные варианты технологий Ethernet, такие как, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet.
Совет по архитектуре интернета
Совет поделён две части. Группа исследования интернет (Internet Research Task Force, IRTF) проводит перспективные исследования в области интернет.
Часть №2 группа проектирования интернет (Internet Engineering Task Force, IETF) производит стандарты на сетевые протоколы. IETF подготавливает документы RFC (Request for Comments) или запросы на комментарии. Вот эти доки содержат подробное описание протоколов интернет. Если вы будите использовать другие протоколы, то ваше устройство и ПО не сможет работать в сети интернет.
Документы RFC
У каждого документа RFC есть индивидуальный номер и он описывает какой-либо протокол интернет.
Существуют много документов RFC , с которыми вы можете ознакомиться.
Консорциум W3C (World Wide Web)
W3C разрабатывает стандарты для Веб. Документы консорциума, также как и RFC формально, они не называются стандартами, а называются рекомендациями. Но если вы не последуете этим рекомендациям, то не сможете поработать с web.
Самые важные рекомендации консорциума w3c это:
- Язык разметки html;
- Таблицы стилей css, которые нужны для создания web-страниц;
- Рекомендации на архитектуру Веб-сервисов;
- И язык разметки xml.
Но существуют еще рекомендации, которые в свободном доступе на сайте консорциума .
Заключение
Как мы выяснили, рассмотренные стандарты имеют важную роль в работе компьютерных сетей. Все мы хотим выходить в интернет с любого устройства независимо от того, какая там ОС, кто создал это устройство и какое ПО на нем применяется. Для этого и нужны открытые стандарты.